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非接触管道变径检测技术的研究

作　者: 刘云鹏
导　师: 高松巍
学　校: 沈阳工业大学
专　业: 测试计量技术及仪器
关键词: 电涡流传感器 变径检测 大位移 优化设计 线性补偿
分类号: TP274.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


管道几何变形是引起油气管道泄漏事故的重要原因之一。测径检测技术是管道内检测的一种重要方法,主要用于检测管道因外力等原因引起的内径几何变形,为管道使用寿命的评估,是否进行管道修复,是否更换已到寿命极限的管道提供事实依据。可见,定期对管道进行内径检测具有十分重要的现实意义。为克服接触式机械位移等传统的测量方法对管壁的磨损等负面影响,本文将非接触式的电涡流位移传感器应用到管道变径检测技术中,针对应用环境的特殊需要,提出了电涡流位移传感器的最优化设计方法,设计了大位移电涡流传感器测量电路。本文对稳恒和时变电磁场进行分析讨论,系统地归纳出电磁场理论,即麦克斯韦方程组,并对集肤效应、传感线圈阻抗、线圈与被测体间互感等问题进行了深入的分析总结。在掌握电涡流传感器基本工作原理的基础上,对电涡流传感器的等效电路作了详尽分析。由课题设计要求出发,建立传感器数学模型,选择传感器最优化设计的目标函数和传感器主要结构参数,运用计算机软件MatLab,采取单纯型法对目标函数进行优化,并最终得到一组理想的传感器结构参数。设计制作了恒频调幅式测量电路,其主要分成单片机控制电路、DDS(Direct Digital FrequencySynthesis)激励信号发生电路、前级放大检波滤波电路、线性化指数补偿电路、模数转换和数据显示等部分。通过实验,验证了本文设计的电涡流大位移传感器测量电路系统最大能够测量到传感器外径的1.5倍,满足管道变径检测的应用要求,证明了该系统工作的稳定性,能够达到预期效果。但系统测量精度等技术性细节问题还有待进一步完善,在文章的最后给出了系统的改进意见。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-10
第一章 绪论  10-16
  1.1 课题研究的目的和意义  10-11
  1.2 管道变径检测技术的发展现状  11-12
  1.3 电涡流检测技术  12-14
  1.4 论文主要工作  14-15
  1.5 论文章节安排  15-16
第二章 变径检测系统设计方案  16-24
  2.1 变径检测原理  16-17
  2.2 电涡流位移测量原理  17-21
  2.3 检测系统构成  21-23
  2.4 本章小结  23-24
第三章 电涡流传感器电磁场基础理论分析  24-48
  3.1 电磁现象的基本理论  24-29
    3.1.1 稳恒磁场  24-26
    3.1.2 时变电磁场与麦克斯韦方程组  26-29
  3.2 集肤效应和导体内电阻  29-36
    3.2.1 集肤效应相关概念  29-31
    3.2.2 导体中的电荷电流分布  31-33
    3.2.3 集肤厚度  33-35
    3.2.4 平面导体的内阻抗  35-36
  3.3 电回路的互感和自感问题  36-42
    3.3.1 互感  37-40
    3.3.2 自感  40-42
  3.4 激励线圈的交流阻抗计算  42-47
    3.4.1 线圈的电感系数计算  42-45
    3.4.2 线圈的交流电阻计算  45-47
  3.5 本章小结  47-48
第四章 电涡流传感器的优化设计与制作  48-65
  4.1 线圈的形状和大小等参数对传感器性能的影响  48-50
  4.2 电涡流传感器的数学模型  50-54
  4.3 计算机辅助优化设计  54-64
    4.3.1 优化设计所用到的计算公式  55-58
    4.3.2 优化设计的目标函数  58-59
    4.3.3 参数选择与约束简化  59-61
    4.3.4 优化计算方法  61-64
  4.4 本章小结  64-65
第五章 大位移电涡流传感器测量电路的设计  65-82
  5.1 传感器测量电路  65-76
    5.1.1 单片机控制电路  66-67
    5.1.2 激励信号发生电路  67-71
    5.1.3 前置放大与检波滤波电路  71-72
    5.1.4 指数补偿电路  72-76
  5.2 数据采集电路  76-81
    5.2.1 数据采集电路的设计  77-78
    5.2.2 基于模数转换的软件查表线性修正基本原理  78-81
  5.3 本章小结  81-82
第六章 实验与结果分析  82-85
  6.1 实验装置  82-83
  6.2 实验方法  83-84
  6.3 实验结果  84
  6.4 本章小结  84-85
第七章 结论  85-86
参考文献  86-88
附录A 电涡流传感器DDS信号源电路  88-89
附录B 电涡流位移传感器测量电路  89-90
在学研究成果  90-91
致谢  91

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化系统 > 数据处理、数据处理系统 > 集中检测与巡回检测系统
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